L'arbre répartit la sève dans des millions de capillaires micrométriques, sous un contrôle très rigoureux.
L'araignée fait fonctionner un microréacteur très sophistiqué permettant de produire le matériau nécessaire pour sa toile. Dans la cellule, les échanges de matière à travers la membrane sont rigoureusement contrôlés.
Les systèmes microfluidiques sont des dispositifs qui comportent un ensemble de composants miniaturisés autorisant l'étude et l'analyse d'échantillons chimiques ou biologiques. Véritables « microprocesseurs pour la biologie » ils permettent de remplacer des instruments encombrants et très coûteux. La microfluidique représente pour la biologie et la chimie une révolution semblable à celle apportée par les microprocesseurs à l'électronique et l'informatique.
Aventures microfluidiques - Le projet Lutétium
Depuis une dizaine d'année, l'homme a imité la nature en produisant des objets traversés par des écoulements micrométriques. Les applications sont multiples. En général, manipuler à l'échelle du micron permet de travailler plus vite, moins cher, dans un environnement plus propre et plus sûr. Les systèmes microfluidiques sont des dispositifs qui comportent un ensemble de composants miniaturisés autorisant l'étude et l'analyse d'échantillons chimiques ou biologiques. Véritables «microprocesseurs pour la biologie», ils permettent de remplacer des instruments encombrants et très coûteux. Aujourd'hui, le volume d'activité des technologies microfluidiques est estimé à une dizaine de milliards d'euros.Le nombre d'applications industrielles est considérable : en médecine, dans l'énergie, dans la chimie verte, la cosmétique, l'industrie agro alimentaire...
1. La tête d'imprimante à jet d'encre, apparu dans les années 1990, incorpore un réservoir pour l'encre, un élément chauffant pour le mise en mouvement du fluide, et une buse. Aujourd'hui, des dizaines de millions d'imprimantes à jet d'encre utilisent des technologies microfluidiques et des milliards de documents sont écrits et lus grâce à la microfluidique.
L'arrosoir ne contrôle pas les gouttes qu'il forme, alors que la petite tête d'imprimante le fait très bien.
2. Les micropompes permettent d'injecter un produit dans le corps humain. L'efficacité de ce mode d'injection est incomparablement plus grande que par voie orale. La pompe d'injection d'insuline dans le foie, pour le traitement du diabète offre un gain considérable en confort pour le malade.
3. Le laboratoire sur puce pour des systèmes permettant à partir d'une goutte de sang prélevée sur un malade de diagnostiquer la réalité d'une crise cardiaque. Les résultats de l'analyse sont donnés après le traitement sur un micro-ordinateur. Le diagnostic est délivré en 15 minutes, alors que les systèmes traditionnels nécessitaient d'une dizaine d'heures.
4. La puce pour le génotypage permet l'identification d'un objet (par exemple un virus) à partir de séquences caractéristiques de gènes mais aussi l'identification d'ARN et de protéines.
5. Le papier électronique est une technique d'affichage sur support souple, modifiable électroniquement, cherchant à imiter l'apparence d'une feuille imprimée et qui, comme le papier, ne nécessite pas d'énergie pour laisser un texte ou une image affiché.
6. L'écran tactile en relief permet de faire apparaître des touches réelles, physiques qui se modèlent à la demande sur la surface, et puis se rétractent dans l'écran, en laissant derrière eux une surface parfaitement lisse et plate. La commercialisation est prévu pour mi-2013.
7. Bien plus largement répandu autour de nous, le test de grossesse utilisant un échantillon d'urine brut, permet de déterminer avec précision (fiabilité estimée à 99%) la grossesse éventuelle d‟une femme. Facile d'utilisation, ce système miniaturisé analyse en moins d‟une minute l‟échantillon et propose une lecture simple du résultat.
8. Le test sanguin équipé d'une puce électronique, permet désormais de détecter simultanément le virus du sida, la syphilis et une dizaine d'autres maladies infectieuses (hépatites B et C, herpès…). Il suffit de déposer une goutte de sang à l'intérieur du dispositif, enfermé dans un boîtier plastique. Vingt minutes plus tard, les résultats tombent. Il est possible de les lire grâce à un détecteur optique ou même à l'œil nu.
George WHITESIDES
George M. Whitesides, né en 1939 aux États-Unis, est Professeur à l'Université de Harvard. On lui doit des contributions majeures dans des domaines très diversifiés tels que la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire, la chimie organométallique et la synthèse organique biocatalysée.Ses travaux en microfluidique, en science des matériaux, en chimie des surfaces et en nanotechnologie ont un très fort impact non seulement en chimie, mais également en biologie et en bio-ingénierie.
Takehiko KITAMORI
Professeur Kitamori est vice-président de l'Université de Tokyo, responsable du développement des ressources humaines et de l'internationalisation. Il est également professeur au Département de chimie appliquée.Ses domaines de recherche sont l'intégration du système chimique sur des micropuces, la spectroscopie laser appliquée à la détection ultrasensible, la chimie analytique et la microfluidique aux échelles submicrométriques.
Andreas MANZ
Andreas Manz, né le 12 décembre 1956, est un chercheur suisse en chimie analytique, ancien directeur du Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften (de) (ISAS) et professeur à l'université de Dortmund. Ses activités de recherche concernent les laboratoires sur puce pour l'analyse chimique et les microsystèmes d'analyse totale.
Les physiciens ont caractérisé les propriétés qui régissent la microfluidique :
La petite taille des canaux supprime les instabilités d'écoulements omniprésents dans les systèmes de taille « ordinaire ».
Dans le « petit monde » les fluides sont assujettis aux forces capillaires.
Le comportement des fluides sur une surface dépend énormément de son caractère hydrophile/hydrophobe.
Les systèmes microfluidiques évacuent très efficacement la chaleur. L'homogénéisation de la température est aussi très bien réalisée.
Les gros animaux comme la baleine n'ont aucun mal à conserver leur température corporelle sans devoir s'alimenter en permanence pour apporter de l'énergie.
Les touts petits animaux comme la musaraigne pygmée doivent manger perpétuellement pour compenser leurs pertes de chaleur et maintenir leur température aux environs de 35°C.
Comme le champ électrique créé par l'application d'une tension est inversement proportionnel à la distance inter électrodes, il augmente fortement lorsque cette distance diminue.
En utilisant ces 5 grands concepts, on peut créer tous les systèmes microfluidiques imaginables et aboutir ainsi à tout un éventail d'applications utilisées pour la recherche dans des domaines aussi différents que la chimie, la santé ou la production d'énergie, commercialisées ou en passe de l'être.
Université PSL
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